风力发电机组齿轮箱故障分析
49页1、北京中能联创夏晖Gamesa 机组齿轮箱故障 原因分析*1北京中能联创夏晖Gamesa机组简介G52/58机组为典型的“丹麦设计”风电机组水平轴三叶片上风向主动偏航变桨距功率调节双馈式变速恒频控制2北京中能联创夏晖Gamesa机组简介机组采用常见的“一字型” 布置形式,为保证 变桨系统的安装位置,齿轮箱输出轴在机组 的左侧,与发电机相连,主轴采用双轴承设 计。3北京中能联创夏晖故障现象现场巡检中,在塔架下部听到机舱发出很大 的异常声音。停机进入机舱检查发现:转速到350RPM左右时,齿轮箱壳体与输入轴 相对前、后轴向窜动,蹿动量为3-5mm左右;在行星轮外齿圈处有很大的“咕咚、咕咚”撞击声 音,声音均匀而且连续,异音和撞击同步出现 。4北京中能联创夏晖故障初步分析根据齿轮箱声音大小和撞击位置手感检查, 初步判定齿轮箱行星轮位置有故障;齿轮箱观察孔无法观察到行星齿部分;受齿轮箱结构限制,内窥镜也无法观察;齿轮已出现故障,齿轮油监测无法判断故障 部位;采用振动监测可初步判断故障部位;5北京中能联创夏晖振动监测分析测试仪器:便携式离线振动监测设备测试状态:机组并网运行, 发电机转速:8601
2、200rpm左右; 发电功率:40120kW左右;记录数据: 传动系统的多点的振动频率、幅值与加速度; 发电机实时转速; 机组实时输出功率; 实时风速;6北京中能联创夏晖振动监测分析记录机组实时输出功率与实时风速的原因:采用便携式振动监测仪,仅两个记录通道,无 法同时测量多点的数据,必须保证各点测量时 机组转速较接近;双馈机组在810m/s区段转速变化较快,为保 证测量的准确性,记录功率和风速可以在对转 速的变化值进行校验;7北京中能联创夏晖振动监测分析测点布置如图,共11点;8北京中能联创夏晖振动监测分析各采集点理论上均应位于轴承座6点钟位置 (承载区)上,可是个别位置由于传感器安 放不方便只能做到尽可能接近承载区。采集并分析的振动参数为以下两种:速度频谱:检测由于如松动、不平衡和不对中 等低频振动故障;监测和确认轴承、齿轮缺陷 阶段。加速度包络线谱:齿轮啮合,轴承早期缺陷, 润滑不良,重复性冲击等问题。 9北京中能联创夏晖振动监测分析10北京中能联创夏晖振动监测分析从数据结果推算太阳轮轴转速=45 r/min中间轴转速=330 r/min输出轴转速=930 r/min结合监测记录,
3、输出轴转速为984 r/min ,由于风 力机组处于低负载运行状态,转速变化快,认为 两个结果一致;初步诊断为行星轮轴承出现问题,该故障处于严 重阶段。11北京中能联创夏晖振动监测分析12北京中能联创夏晖振动监测分析从上图中可以看到齿轮箱故障已经影响到机 舱大幅度轴向振动。齿轮箱振动总值29.11mm/s,13北京中能联创夏晖故障原因初步分析主轴箱轴承故障当主轴箱内双列滚子轴承工作游隙增大时,轴 承外圈被轴承座和端盖所固定无法移动,主轴 会带动轴承内圈轴向窜动,这种缺陷在转动设 备中运行中很常见。由于主轴和齿轮箱低速输入轴被胀紧套连接为 一个相对刚性整体,主轴前后窜动会通过胀紧 套将力矩传递给齿轮箱行星轮,行星轮轴向蹿 动撞击齿圈和端盖发出异音,同时行星轮前后 轴承内、外圈位移增大而S值超标损坏。14北京中能联创夏晖故障原因初步分析紧急刹车造成行星轮齿轮损坏行星轮和外齿圈曾经在其它的多种机型上,发 生过因为紧急刹车造成行星轮断齿损坏,最后 外齿圈断齿与行星轮抱死的恶性事故。分析其原因一方面是制造工艺不良、材质选用 不当、装配工艺差等制造装配问题;另一方面 风力机紧急刹车时会使行星轮承受
4、较大的扭力 矩,频繁紧急刹车会在齿轮受力疲劳损伤后, 发生行星轮断齿、轮齿剥光、外齿圈断齿等故 障,进而损坏行星轮轴承。15北京中能联创夏晖故障原因初步分析变桨液压缸故障变桨液压缸利用螺栓固定在齿轮箱尾部与其成为一个整 体,变桨杆一端在液压缸内与活塞连接,一端穿过齿轮 箱二级套管与轮毂内三脚架超级螺母连接固定。液压系统油质脏、比例阀故障、缸体活塞磨损泄油,都 会使变桨液压缸供油压力发生急剧变化,压力作用于活 塞造成液压缸体带动齿轮箱一起振动。箱体和轴承座为 整体铸造件,箱体前后窜动必然会使轴承外圈和轴承座 之间位移磨损,进而损坏轴承及轴承座。16北京中能联创夏晖修复方案根据故障分析结果,制定了修复方案:对可能的故障点进行进一步检查;更换备用齿轮箱,尽快恢复机组运行;对损坏齿轮箱进行解体检查;落实轴承损坏的具体原因17北京中能联创夏晖检查结果检查点:主轴箱体检查结果:塞尺检查主轴箱安装侧隙不大于安装要求0.50mm,外观和力矩检 查地脚螺栓无松动,安装标记线清晰完整;外观和力矩检查主轴与轮毂连接螺栓无松动,轮毂连接法兰无明显 裂纹和缺损;外观和力矩检查主轴箱端盖螺栓无松动,螺栓弹簧垫圈完
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